(57)【要約】  【課題】  半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定によるイオン強度比と表面不純物濃度をそれぞれ測定して予め両者間の検量線を作成しておき、未知の半導体基板についてＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定によるイオン強度比を求め、上記検量線から当該未知の半導体基板の不純物濃度を定量することができるようにした半導体基板表面の不純物定量方法を提供する。  【解決手段】  不純物をドープすることによって不純物濃度の異なるエピタキシャル層を成長させて半導体基板標準サンプルを作製し、前記半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳによりイオン強度比を測定し、前記不純物濃度とイオン強度比の測定値のグラフを描いて両者間の検量線を作成し、未知の半導体基板表面のＴＯＦ−ＳＩＭＳのイオン強度比を測定することによりその不純物濃度を前記検量線を用いることによって定量するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面の不純物濃度をＴＯＦ−ＳＩＭＳにより定量する不純物定量方法であって、複数枚の半導体基板標準サンプル本体を用意し、前記複数枚の半導体基板標準サンプル本体のそれぞれに所定の不純物を所定の濃度でドープすることによって不純物濃度の異なるエピタキシャル層を成長させて複数枚の半導体基板標準サンプルを作製し、前記それぞれのエピタキシャル層中の不純物濃度を測定し、前記複数枚の半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳにより母材と不純物とのイオン強度比を測定し、前記不純物濃度とイオン強度比の測定値のグラフを描いて両者間の検量線を作成し、未知の半導体基板表面のＴＯＦ−ＳＩＭＳのイオン強度比を測定することにより当該未知の半導体基板表面の不純物濃度を前記検量線を用いることによって定量することを特徴とする半導体基板表面の不純物定量方法。
【請求項２】
前記不純物濃度とＴＯＦ−ＳＩＭＳによる母材と不純物とのイオン強度比が直線関係となるように前記エピタキシャル層中の不純物のドープ量を設定することを特徴とする請求項１記載の半導体基板表面の不純物定量方法。
【請求項３】
前記不純物濃度をＣＶ測定又はホール測定によって行うことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体基板表面の不純物定量方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか1項に記載の半導体基板表面の不純物定量方法に用いられる半導体基板標準サンプルであって、半導体基板標準サンプル本体に所定の不純物を所定の濃度でドープしたエピタキシャル層を成長させてなることを特徴とする半導体基板標準サンプル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板表面の不純物定量方法及びこの不純物定量方法に用いられる半導体基板標準サンプルに関し、特に、半導体基板表面の不純物をＴＯＦ−ＳＩＭＳ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により定量する方法並びにその定量の際に好適に用いられる半導体基板標準サンプルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｄ−ＳＩＭＳ（Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）用の半導体基板標準サンプルを用いることによって、イオン注入したものを測定し、濃度換算係数を出して、半導体基板中の不純物のイオン強度の深さ方向分析をして、濃度換算係数を掛けることによって、半導体基板中の深さ方向の不純物濃度を定量することが出来る。イオン注入した半導体基板標準サンプルは、深さ方向に一定の濃度分布で存在せず、放物線上に濃度分布を持っており、深さ方向に一定の濃度分布でないためバルク濃度一定と定義して半導体基板表面の不純物の定量をすることが困難であった。
【０００３】
しかし、ＴＸＲＦ（Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）では、半導体基板表面の不純物を定量するために、一般的に使用している半導体基板上にスピンコート法で故意汚染をして定量用の半導体基板標準サンプルとしている。従来のスピンコート法による故意汚染による不純物濃度定量用の半導体基板標準サンプルの作製方法では、測定エリアの範囲が広いＴＸＲＦではよいが、ＴＯＦ−ＳＩＭＳのように測定エリアが狭い測定方法に対しては、面内の不純物のバラツキが大きくなり、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ用の半導体基板標準サンプルとしては不適切であった。
【０００４】
従来、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ用の半導体基板標準サンプルは無く、半導体基板表面の不純物のイオン強度と母材のイオン強度比で、不純物が多いのか少ないのか議論するしかなかった。
【非特許文献１】ＩＤＥＭＡ  Ｊａｐａｎ  ＮＯ．３８  １５〜２２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上記した従来技術の問題点に鑑み、エピタキシャル成長技術を用いることにより、エピタキシャル成長層面内がほぼ均一（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定エリア内で）な半導体基板標準サンプルを作製し、この半導体基板標準サンプルを用いて従来技術の問題点を解決しようとした。
【０００６】
さらに、本発明者は、エピタキシャル層面内で不純物を均一とすると、半導体基板標準サンプルのＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定によるイオン強度比と同じ半導体基板標準サンプルを別の電気的測定方法で測定したキャリア濃度との関係が直線の関係（電気的測定の異なる物でキャリア濃度が直線的な関係）にあれば、この半導体基板標準サンプルのイオン強度比と半導体基板標準サンプルのキャリア濃度から求めた検量線から、測定しようとする半導体基板のイオン強度比をＴＯＦ−ＳＩＭＳによって測定することにより当該測定しようとする半導体基板の表面不純物量を知ることが出来るという知見を得ることにより、本発明に到達した。
【０００７】
本発明は、半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定によるイオン強度比と表面不純物濃度をそれぞれ測定して予め両者間の検量線を作成しておき、未知の半導体基板についてＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定によるイオン強度比を求め、上記検量線から当該未知の半導体基板の不純物濃度を定量することができるようにした半導体基板表面の不純物定量方法並びにこの定量方法に好適に用いられる半導体基板標準サンプルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体基板表面の不純物定量方法は、半導体基板表面の不純物濃度をＴＯＦ−ＳＩＭＳにより定量する不純物定量方法であって、複数枚の半導体基板標準サンプル本体を用意し、前記複数枚の半導体基板標準サンプル本体のそれぞれに所定の不純物を所定の濃度でドープすることによって不純物濃度の異なるエピタキシャル層を成長させて複数枚の半導体基板標準サンプルを作製し、前記それぞれのエピタキシャル層中の不純物濃度を測定し、前記複数枚の半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳにより母材と不純物とのイオン強度比を測定し、前記不純物濃度とイオン強度比の測定値のグラフを描いて両者間の検量線を作成し、未知の半導体基板表面のＴＯＦ−ＳＩＭＳのイオン強度比を測定することにより当該未知の半導体基板表面の不純物濃度を前記検量線を用いることによって定量することを特徴とする。
【０００９】
前記それぞれのエピタキシャル層中の不純物濃度の測定と前記複数枚の半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳによるイオン強度比の測定とはいずれを先にしてもよいもので、イオン強度比の測定の後に不純物濃度の測定を行ってもよい。
【００１０】
前記不純物濃度とＴＯＦ−ＳＩＭＳによる母材と不純物とのイオン強度比が直線関係となるように前記エピタキシャル層中の不純物のドープ量を設定することが好ましい。前記不純物濃度をＣＶ測定又はホール測定によって行うのが好適である。
【００１１】
本発明の半導体基板標準サンプルは、本発明の半導体基板表面の不純物定量方法に用いられる半導体基板標準サンプルであって、半導体基板標準サンプル本体に所定の不純物を所定の濃度でドープしたエピタキシャル層を成長させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、標準サンプルをＴＯＦ−ＳＩＭＳにより母材と不純物の強度比を測定することによって他の手法で不純物濃度を明らかにして検量線を引くことによって、未知のサンプルの表面不純物を測定して、強度比を出して検量線に当てはめるだけで、未知のサンプルの表面濃度を知ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面中図１に基づいて説明する。図示例は好ましい例を示したもので、本発明がこの実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもない。図１は本発明方法の手順の１例を示すフローチャートである。
【００１４】
図１に示したように、本発明方法おいては、まず、複数枚の半導体基板標準サンプルを用意する（手順１００）。次いで、前記複数枚の半導体基板標準サンプル本体のそれぞれに所定の不純物を所定の濃度でドープすることによって不純物濃度の異なるエピタキシャル層を成長させて複数枚の半導体基板標準サンプルを作製する（手順１０２）。さらに、前記それぞれのエピタキシャル層中の不純物濃度を測定する（手順１０４）。他方では、前記複数枚の半導体基板標準サンプルについてＴＯＦ−ＳＩＭＳにより母材と不純物とのイオン強度比を測定する（手順１０６）。なお、手順１０４及び１０６については、いずれの手順を先にしてもよく、手順１０６を行った後に手順１０４を行うこともできる。次に、前記不純物濃度とイオン強度比の測定値のグラフを描いて両者間の検量線を作成する（手順１０８）。これにて検量線の作成が終了する。
【００１５】
続いて、前記検量線を用いて未知の半導体基板表面の不純物濃度を次の手順により定量する。まず、未知の半導体基板表面のＴＯＦ−ＳＩＭＳのイオン強度比を測定する（手順１１０）。この測定したイオン強度比を前記検量線にあてはめることにより当該未知の半導体基板表面の不純物濃度を定量する（手順１１２）。
【００１６】
以下に、具体例をあげて本発明方法の手順を説明する。後述する実施例１と同様に、ｎ−ＧａＡｓ基板上にｐ型のＧａＩｎＰのバッファー層（４０ｎｍ）を積み、その上に不純物濃度［水素で希釈された有機Ｍｇガスのフロー（以下単にＭｇ流量という）：５，１０，２０，４０，８０ＳＣＣＭ］の異なるｐ−ＧａＰのエピタキシャル層（２．４μｍ）を積んで標準サンプルを作製した。
【００１７】
上記標準サンプルについてホール測定及びＣＶ測定して不純物濃度を求め、更にＴＯＦ−ＳＩＭＳにより24Ｍｇと71Ｇａのイオン強度比を求めた。次いで、後述する実施例１と同様に、上記ホール測定不純物濃度及び24Ｍｇ／71Ｇａイオン強度比の測定値の相関関係をグラフ化して図２に示した。図２から明らかなように、両者は直線状の相関関係を有し、図２に示した直線状グラフを検量線として使用できることを確認した。
【００１８】
また、後述する実施例１と同様に、上記ＣＶ測定不純物濃度及び24Ｍｇ／71Ｇａイオン強度比の測定値の相関関係をグラフ化して図３に示した。図３から明らかなように、両者は直線状の相関関係を有し、図３に示した直線状グラフを検量線として使用できることを確認した。
【００１９】
さらに、後述する実施例２と同様に、ｎ−ＧａＰ上に半絶縁のＧａＰのバッファー層（３００ｎｍ）を積み、その上に不純物濃度［水素で希釈されたＳｉＨ4ガスのフロー（以下単にＳｉ流量という）：１，１０，１００，１０００ＳＣＣＭ］の異なるｎ−ＧａＰのエピタキシャル層（２．４μｍ）を積んだ。
【００２０】
上記標準サンプルについてホール測定して不純物濃度を求め、更にＴＯＦ−ＳＩＭＳにより28Ｓｉと71Ｇａのイオン強度比を求めた。次いで、後述する実施例２と同様に、上記ホール測定不純物濃度及び28Ｓｉ／71Ｇａイオン強度比の測定値の相関関係をグラフ化して図８に示した。図８から明らかなように、両者は直線状の相関関係を有し、図８に示した直線状グラフを検量線として使用できることを確認した。
【００２１】
＜作用＞
ｎ−ＧａＡｓの上にｐ−ＧａＰを積むことにより、測定対象となるｐ型の不純物（キャリア）のみを測定することになる。エピタキシャル層の厚さを２．４μｍとしたのは、ホール測定に用いるオーミック電極を形成するためにシンターする時に熱処理による拡散でｎ−ＧａＡｓ基板までに到達しない厚さとする必要があるからである。不純物濃度を振るために、ドーパント濃度をエピタキシャル成長させるときに不純物のガス流量にて制御している。
【００２２】
不純物濃度の異なる標準サンプルを作製し、ホール測定によりエピタキシャル層の不純物濃度を求めるか、又は、ＣＶ測定によりエピタキシャル層の不純物濃度を求める。このどちらかの方法によっても、標準サンプルとするエピタキシャル層の不純物濃度がわかる。更に、これらのサンプルをＴＯＦ−ＳＩＭＳにより測定して、24Ｍｇ／71Ｇａイオン強度比を求め、イオン強度比とホール測定値、又はイオン強度比とＣＶ測定値のグラフを描き、直線関係にあるのを確認した。上記したグラフが直線関係にあるので、このグラフをＴＯＦ−ＳＩＭＳにより測定したイオン強度比に対する不純物濃度の検量線として使用することが出来る。
【００２３】
また、同様にｐ−ＧａＰの上に半絶縁のＧａＰを成長させ、不純物ドーパントとしてＳｉをドープしたｎ−ＧａＰ層を成長させた。ホール測定によりｎ型不純物（キャリア）濃度を測定し、またＴＯＦ−ＳＩＭＳによって28Ｓｉ／71Ｇａイオン強度比を測定した。次いで、上記ホール測定不純物濃度及び28Ｓｉ／71Ｇａイオン強度比の測定値の相関関係をグラフ化したところ、両者は直線状の相関関係を有し、直線状グラフを検量線として使用できることを確認した。このように、ホール測定不純物濃度及び28Ｓｉ／71Ｇａイオン強度比の測定値の相関関係は直線状になることをｎ型不純物でも確認した。従って、標準サンプルとして成長させる層に不純物をドープ成長させ、一方ではＴＯＦ−ＳＩＭＳのイオン強度比を測定することにより、測定対象である半導体基板表面層の不純物量を上記した検量線を用いることにより明らかにすることが出来る。
【００２４】
ｐ−ＧａＰの上に半絶縁のバッファー層を導入したのは、ｐ−ｐ同士のホモ接合になるため、半絶縁層ホール測定時のキャリアの流れを防ぐためのものである。
【実施例】
【００２５】
以下に、本発明方法を実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるべきものではない。
【００２６】
（実施例１）
ｎ−ＧａＡｓの上にｐ−ＧａＰを積むことにより、測定対象となるｐ型の不純物（キャリア）のみを測定した。エピタキシャル層の厚さは２．４μｍとした。これはホール測定に用いるオーミック電極を形成するためにシンターする時に熱処理による拡散でｎ−ＧａＡｓ基板までに到達しない厚さとしたものである。不純物濃度を振るために、ドーパント濃度をエピタキシャル成長させるときに不純物のガス流量（Ｍｇ流量：５，１０，２０，４０，８０ＳＣＣＭ）にて制御した。
【００２７】
これらの不純物濃度の異なる標準サンプルを作製し、ホール測定によりエピタキシャル層のキャリア濃度を求めた。また、ＣＶ測定によってもエピタキシャル層の不純物濃度を求めた。これらの方法により、標準サンプルとするエピタキシャル層の不純物濃度がわかった。更に、これらの標準サンプルをＴＯＦ−ＳＩＭＳにより測定して、24Ｍｇ／71Ｇａのイオン強度比を求めた。
【００２８】
求めたイオン強度比とホール測定によるキャリア（不純物）濃度の測定値のグラフ（図２）、及びイオン強度比とＣＶ測定によるキャリア（不純物）濃度の測定値のグラフ（図３）をそれぞれ描き、直線関係にあるのかを確認した。図２及び図３に示されるようにいずれの場合も直線関係にあることが判明した。従って、図２及び図３に示した直線グラフはＴＯＦ−ＳＩＭＳによって測定されるイオン強度比に対する不純物濃度の検量線として使用することが出来るものである。
【００２９】
不純物（Ｍｇ）濃度が未知のエピタキシャル層を成長させた半導体基板についてＴＯＦ−ＳＩＭＳによってイオン強度比を求めたところ、０．０２であった。図２の検量線によれば、未知の半導体基板の不純物（Ｍｇ）濃度は１．１２Ｅ＋１８／ｃｍ3であることがわかった。
【００３０】
なお、Ｍｇ流量とホールキャリア濃度の相関関係、Ｍｇ流量とＣＶキャリア濃度の相関関係、Ｍｇ流量と24Ｍｇ／71Ｇａのイオン強度比の相関関係、及びホールキャリア濃度とＣＶキャリア濃度の相関関係についてそれぞれグラフ化して図４、図５、図６及び図７に示した。図４、図５、図６及び図７から明らかなように、Ｍｇ流量とホールキャリア濃度の相関関係、Ｍｇ流量とＣＶキャリア濃度の相関関係、Ｍｇ流量と24Ｍｇ／71Ｇａのイオン強度比の相関関係、及びホールキャリア濃度とＣＶキャリア濃度の相関関係はいずれも直線関係であることがわかった。
【００３１】
（実施例２）
同様にｐ−ＧａＰの上に半絶縁のＧａＰを成長させ、不純物ドーパントとしてＳｉをドープしたｎ−ＧａＰ層を成長（Ｓｉ流量：１，１０，１００，３００，５００，７００，１０００ＳＣＣＭ）させた。ｐ−ＧａＰの上に半絶縁のバッファー層を導入したのは、ｐ−ｐ同士のホモ接合になるため、半絶縁層ホール測定時のキャリアの流れを防ぐためである。
【００３２】
これらの不純物濃度の異なる標準サンプルを作製し、ホール測定によりエピタキシャル層のｎ型不純物（キャリア）濃度を求めた。更に、これらの標準サンプルをＴＯＦ−ＳＩＭＳにより測定して、28Ｓｉ／71Ｇａのイオン強度比を求めた。求めたイオン強度比とホール測定によるキャリア濃度（体積密度）の測定値のグラフ（図８）を描き、直線関係にあるのかを確認した。図８に示されるように、ホール測定したｎ型不純物（キャリア）濃度とＴＯＦ−ＳＩＭＳの測定による28Ｓｉ／71Ｇａのイオン強度比が直線関係になることをｎ型不純物でも確認した。従って、図８に示した直線グラフはＴＯＦ−ＳＩＭＳによって測定されるイオン強度比に対する不純物濃度（体積密度）の検量線として使用することが出来るものである。
【００３３】
なお、図８に示したキャリア濃度（体積密度）をキャリア濃度（平面密度）に換算してグラフ化して図９に示した。図９から明らかなごとく、上記イオン強度比と不純物濃度（平面密度）は直線関係になることが示された。従って、図９に示した直線グラフはＴＯＦ−ＳＩＭＳによって測定されるイオン強度比に対する不純物濃度（平面密度）の検量線として使用することが出来るものである。
【００３４】
不純物（Ｓｉ）濃度が未知のエピタキシャル層を成長させた半導体基板についてＴＯＦ−ＳＩＭＳによってイオン強度比を求めたところ、０．０１であった。図８の検量線によれば、未知の半導体基板の不純物（Ｓｉ）濃度は３．８０Ｅ＋１９／ｃｍ3であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明方法の手順の１例を示すフローチャートである。
【図２】実施例１における24Ｍｇ／71Ｇａ強度比とホールキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１における24Ｍｇ／71Ｇａ強度比とＣＶキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図４】実施例１におけるＭｇ流量とホールキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図５】実施例１におけるＭｇ流量とＣＶキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図６】実施例１におけるＭｇ流量と24Ｍｇ／71Ｇａ強度比の関係を示すグラフである。
【図７】実施例１におけるホールキャリア濃度とＣＶキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図８】実施例２における28Ｓｉ／71Ｇａ強度比とホールキャリア濃度（体積密度）の関係を示すグラフである。
【図９】実施例２における28Ｓｉ／71Ｇａ強度比とホールキャリア濃度（平面密度）の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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